礦產資源勘查定量化表達的集成模式范文

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礦產資源勘查是通過各種技術與方法，對所研究地質的了解、認識、描述的過程，是資源開采前必做的工作。礦產資源勘查的過程實際上就是將實際工作轉換成數據的過程，是對地址信息的采集、整理、處理、解釋的過程。在這過程中，信息技術起到了不可替代的重要作用，從最簡單的數據分析，到數據庫(DBMS)，輔助設計(CAD)、地理信息系統(DIS)，再到技術的集成(3S、5S)，三維可視化技術(3DS)的發明等，使得信息從二維抽象表達變成了三維甚至四維立體描述。這一發展過程可以看作是技術的更新與整合的過程，在這一過程中還存在著一些問題:(1)實際工作流程的連續性與應用技術的隔離性問題。(2)三維數據結構問題。在三維建模的三個方式(有線框建模、表面建模、實體建模)中，實體建模是應用最多的模式，因為它不僅能描述實體幾何信息，還能夠定義點、線、面之間的關系，描述也相對完善。實體表示法又分為構造實體幾何法、邊界表示法、掃描法。(3)地質體虛擬現實問題。目前虛擬現實技術在實際應用中還沒有形成完善的處理流程，主要存在的問題是外視與內視的轉換與結合問題。基于這些問題，本文提出了一個全新的數據結構—二體式數據結構，將平面三維與虛擬實體三維技術結合到一起，探索地質體虛擬顯示的合理表達方式。

整個信息處理的過程有三個中心，數據管理、三維模型和虛擬現實。從圖中可以看出，數據管理是三維模型與虛擬現實的基礎;三維模型是對實際地質體的模擬，是整個信息處理流程的載體;虛擬現實是信息處理的展示平臺。這三個技術處理中心就被稱為“3C”，以“3C”為中心建立的集成體系能夠把來自各個方面的礦產勘查信息集合成一個整體，促進礦產勘查的順利進行。

1數據管理

礦產資源勘查時會用到大量的數據，主要有:歷史數據、實驗測試數據和通過遙感技術獲得的數據等。這些數據按時間分，又可以分為三類，一類是歷史數據，一類是現階段的狀態數據，被稱為狀態數據，一類是能夠造成現狀改變的數據，稱為影響數據;如果按幾何性質分，可以分為一維數據、二維數據和三維數據;如果根據數據表現形式分，可以分為數字型數據、字符型數據、圖形型數據、多媒體型數據。而地質勘查則要對這些數據進行收集和分析、總結，具體來說就是通過測繪和勘探收集地質數據與地質體地表數據，利用這些數據進行圖件編制。礦產資源勘查信息處理可以分為數據采集、數據管理、數據應用。把通過測繪和勘探收集到的數據統一存入到數據庫中。二維制圖利用數據庫中的數據制作成地質圖，再存入到數據庫中，三維制圖利用數據庫中的數據和二維制圖制作的地質圖制作成三維模型，再存入數據庫中。另外，分析、查詢、統計等也是提取數據、加工數據的過程，所以說數據庫就是一切數據應用工作的依據和出入中心。反映到圖1中就是整個流程的中心。

2三維建模

隨著科技的發展，三維可視化技術逐漸發展成熟并被人們所使用，勘查工作一開始就可以著手構建三維模型，例如利用測繪數據建立地表模型，然后將地表模型在零平面或水平面上投影就得到了三維模型，人們就可以直接在三維模型上(這時也許只是簡單的三維地表模型)進行勘探布設等工作。利用收集到的數據不斷完善最初的簡單的三維模型，逐漸使三維模型成為礦產資源勘查信息系護理的應用中心。

2．1二體式三維數據結構本文提出了一種全新的三維數據結構，就是二體式三維數據結構，實際上是對邊界表示法的改良。二體式三維數據結構可以將三維物體劃分成各種對象。如線對象、多邊形對象、體對象等，而一個三維模型可以劃分成若干個體單元，體單元與體單元之間有共同的公共面，反映到二體式三維模型中，兩個體單元的公共面被合并成了一個面，形成二體共面結構，這個公共面擁有兩個體單元的屬性。從圖中可以看出，共有5個分界面A、BC，D、E、F、G，其中G是透鏡體邊界，有六個單元，V1、V2、V3、V4、V5、V6。可以看出，BCD面與V2、V3、V4、V5都有關系，這時就可以將BCD面拆分成三個面B、C、D。面A是V1、V2的分界面，就是上述的公共面，具有V1、V2的屬性;面E、面F與BCD面相交，而BCD面又與四個體單元有關系，根據規定“每個面最對能臨街兩個體單元”，所以從面E與面F在面BCD上的交點將BCD面分成三個面，這樣就符合規定了。面B鄰接了兩個體單元，V2與V3，因此面B具有兩個體單元的屬性，同理，面C具有V2與V4的屬性，面D具有V2與V5的屬性，面G具有V5與V6的屬性。

2．2二體式結構有以下特點①體單元與體單元只能有一個公共面，面上的節點是兩個體單元所公用的，在三維模型中有很多體單元，這一特點能夠避免由于每個體單元都與各自的點和面而增加存儲空間;②由于簡化了處理對象，處理速度相對就會加快，對處理器的要求也不會太高;③體面與體面之間不會存在縫隙，提高了模型的精密度。

2．3二體式數據結構的建模方法二體式結構中用到的三維建模技術與以往有所不同，它是把三維建模看作是利用分界面對三維實體進行切割的過程，通常分為以下幾個步驟:①收集研究區域測繪與地質數據;②確定研究區大小、邊界，在研究區外建一個長方體或正方體將研究區包含進去，這個長方體或正方體就是原始體(初始的體對象)，圖4是原始體的剖面圖，這個原始體較為簡單;③建立地質結構分界面，包括:地表面、巖漿侵入界面、水位面、風化面等;④用地表面切割原始體，形成地表面三維模型;⑤按照其余地質分界面形成的順序對原始體進行切割，形成地質單元體，這樣一個初始的三維模型就建造完成了;⑥用前期勘查得到的地表區邊界線對三維模型進行切割即得到了最終的三維模型。此方法的優點主要有:減少了傳統方法應用的數據量，保留了傳統方法的優點;整個建模過程變得更加直觀與可控;建模速度更快，更容易滿足客戶的需求;對硬件要求并不高，有助于推廣此方法的使用。

3虛擬現實

虛擬現實技術主要由數據采集、建立模型、虛擬場景三部分組成。數據采集是實現虛擬現實技術的基本;建立模型就是把收集來的數據進行整合，建立研究區域的三維模型;虛擬場景就是把數據庫中的數據由“平面”轉變為“立體”，讓人有一種身臨其境的感覺，對研究區的分析更直觀。虛擬現實的建模主要利用圖像建模技術(IBM)，這種技術是利用一組圖像建立環境模型。目前應用較多的領域有建筑、機械制造、醫學等。但是在礦產資源勘查實際應用中，單純地依靠圖像建模技術很難獲取地質體的結構圖像。因此在此基礎上，發明了數據建模技術(DBM)，數據建模技術利用勘查得到的數據制作成二維圖像，利用這些數據與二維圖像建立地質體的三維模型。立體三維區別于平面三維主要有三個方面:第一，有透視效果;第二，有光線變化;第三，有雙眼空間定位效果，尤其是第三點，是平面三維無法實現的。虛擬現實技術主要包括:分色、分光、分時、光柵四種技術。利用這四種技術通過以下兩個步驟就可以實現雙眼空間定位效果:(1)分別渲染出左眼與右眼的畫面;(2)將兩個畫面分別傳送給對應的眼，也就是左眼只能看到左眼畫面，右眼只能看到右眼畫面，(通過佩戴3D眼鏡就可以實現)。

4結束語

通過3C技術的集成，可以簡化工作流程，實現技術的整合，能夠為地質勘查提供可靠地數據支持與直觀的圖像支持。本文提出的二體式數據建模法是將數據轉換為三維立體模型的方法，實用性更強。為地址空間勘查提供了更直觀、更全面的技術支持，應用前景很寬廣。

作者：馬翼飛 潘利國 單位：內蒙古自治區煤田地質局104勘探隊 內蒙古平莊煤業( 集團) 有限責任公司